一、Ethernet的网络体系结构

1.Ethernet的简史
　　
　　　　Ethernet是Xerox、Digital Equipment和Intel三家公司开发的局域网组网规范，并于80
　　年代初首次出版，称为DIX1.0。1982年修改后的版本为DIX2.0。 这三家公司将此规范提交给
　　IEEE(电子电气工程师协会)802委员会，经过IEEE成员的修改并通过，变成了IEEE的正式标准，
　　并编号为IEEE802.3。Ethernet和IEEE802.3虽然有很多规定不同，但术语Ethernet通常认为与
　　802.3是兼容的。IEEE将802.3标准提交国际标准化组织(ISO)第一联合技术委员会(JTC1),再次
　　经过修订变成了国际标准ISO8802.3。
　　
　　
　　2. OSI参考模型
　　
　　　　IEEE802.3在制定时突出的一个基本思想是将系统进行逻辑划分，并研究如何将连接在一起。
　　我们知道，ISO组织将网络按其功能划分为7个功能层，每层都完成一特定功能。图1所示为OSI参
　　考模型。
　　　
　　图1
　　下面将分别介绍OSI参考模型各层的功能与定义:
　　[物理层]:　
　　物理层是OSI的第一层，它虽然处于最底层，却是整个开放系统的基础。物理层为设备之间
　　的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。
　　a.媒体和互连设备
　　　物理层的媒体包括架空明线、平衡电缆、光纤、无线信道等。通信用的互连设备指DTE和DCE
　　间的互连设备。DTE既数据终端设备，又称物理设备，如计算机、终端等都包括在内。而DCE则
　　是数据通信设备或电路连接设备，如调制解调器等。数据传输通常是经过DTE──DCE，再经过
　　DCE──DTE的路径。互连设备指将DTE、DCE连接起来的装置，如各种插头、插座。
　　　 LAN中的各种粗、细同轴电缆、T型接、插头，接收器，发送器,中继器等都属物理层的媒体
　　和连接器。
　　b.物理层的主要功能
　　　　⑴为数据端设备提供传送数据的通路,数据通路可以是一个物理媒体,也可以是多个物理媒
　　体连接而成.一次完整的数据传输,包括激活物理连接,传送数据,终止物理连接.所谓激活,就是
　　不管有多少物理媒体参与,都要在通信的两个数据终端设备间连接起来,形成一条通路.
　　　　⑵ 传输数据.物理层要形成适合数据传输需要的实体,为数据传送服务.一是要保证数据能
　　在其上正确通过，二是要提供足够的带宽(带宽是指每秒钟内能通过的比特(BIT)数),以减少信
　　道上的拥塞.传输数据的方式能满足点到点,一点到多点,串行或并行,半双工或全双工，同步或
　　异步传输的需要.
　　　　⑶ 完成物理层的一些管理工作.
　　
　　c.物理层的一些重要标准
　　　　物理层的一些标准和协议早在OSI/TC97/C16 分技术委员会成立之前就已制定并在应用了,
　　OSI也制定了一些标准并采用了一些已有的成果.下面将一些重要的标准列出,以便读者查阅.
　　　　ISO2110:称为"数据通信----25芯DTE/DCE接口连接器和插针分配".它与EIA(美国电子工业
　　　　　　　　协会)的"RS-232-C"基本兼容.
　　　　ISO2593:称为"数据通信----34芯DTE/DCE----接口连接器和插针分配".
　　　　ISO4092:称为"数据通信----37芯DTE/DEC----接口连接器和插针分配".与EIARS-449兼容.
　　　　CCITT V.24:称为"数据终端设备(DTE)和数据电路终接设备之间的接口电路定义表".其功
　　　　　　　　　 能与EIARS-232-C及RS-449兼容于100序列线上.
　　[链路层]:
　　　　数据链路可以粗略地理解为数据通道。物理层要为终端设备间的数据通信提供传输媒体及其
　　连接.媒体是长期的,连接是有生存期的.在连接生存期内,收发两端可以进行不等的一次或多次数
　　据通信.每次通信都要经过建立通信联络和拆除通信联络两过程.这种建立起来的数据收发关系就
　　叫作数据链路.而在物理媒体上传输的数据难免受到各种不可靠因素的影响而产生差错,为了弥补
　　物理层上的不足,为上层提供无差错的数据传输,就要能对数据进行检错和纠错.数据链路的建立,
　　拆除,对数据的检错,纠错是数据链路层的基本任务.
　　
　　　　 ⑴链路层的主要功能
　　　　 链路层是为网络层提供数据传送服务的,这种服务要依靠本层具备的功能来实现。链路层应
　　具备如下功能:
　　　　　 ① 链路连接的建立,拆除,分离.
　　　　　 ② 帧定界和帧同步.链路层的数据传输单元是帧,协议不同,帧的长短和界面也有差别,但
　　　　　　　无论如何必须对帧进行定界.
　　　　　 ③ 顺序控制,指对帧的收发顺序的控制.
　　　　　 ④ 差错检测和恢复。还有链路标识,流量控制等等.差错检测多用方阵码校验和循环码校
　　　　　　　验来检测信道上数据的误码,而帧丢失等用序号检测.各种错误的恢复则常靠反馈重发
　　　　　　　技术来完成.
　　　　 ⑵数据链路层的主要协议
　　　　 数据链路层协议是为发对等实体间保持一致而制定的,也为了顺利完成对网络层的服务。主
　　要协议如下：
　　　　　 a. ISO1745--1975:"数据通信系统的基本型控制规程".这是一种面向字符的标准,利用10
　　　　　　　个控制字符完成链路的建立，拆除及数据交换.对帧的收发情况及差错恢复也是靠这些
　　　　　　　字符来完成.ISO1155, ISO1177, ISO2626, ISO2629等标准的配合使用可形成多种链路
　　　　　　　控制和数据传输方式.
　　　　　 b. ISO3309--1984:称为"HDLC 帧结构".ISO4335--1984:称为"HDLC 规程要素 ".
　　　　　　　ISO7809--1984:称为"HDLC 规程类型汇编".这3个标准都是为面向比特的数据传输控制
　　　　　　　而制定的.有人习惯上把这3个标准组合称为高级链路控制规程.
　　　　　 c. ISO7776:称为"DTE数据链路层规程".与CCITT X.25LAB"平衡型链路访问规程"相兼容.
　　　　 ⑶链路层产品
　　　　 独立的链路产品中最常见的当属网卡,网桥也是链路产品。MODEM的某些功能有人认为属于链
　　路层,对些还有争议.
　　
　　　　数据链路层将本质上不可靠的传输媒体变成可靠的传输通路提供给网络层。在IEEE802.3情况
　　下，数据链路层分成了两个子层，一个是逻辑链路控制，另一个是媒体访问控制。
　　　　图2所示为IEEE802.3LAN体系结构。
　　
　　AUI=连接单元接口　　　　　　 PMA=物理媒体连接
　　MAU=媒体连接单元　　　　　　 PLS=物理信令
　　MDI=媒体相关接口
　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　 图2
　　[网络层]:
　　　　网络层的产生也是网络发展的结果.在联机系统和线路交换的环境中，网络层的功能没有太
　　大意义.当数据终端增多时.它们之间有中继设备相连.此时会出现一台终端要求不只是与唯一的
　　一台而是能和多台终端通信的情况,这就是产生了把任意两台数据终端设备的数据链接起来的问
　　题,也就是路由或者叫寻径.另外,当一条物理信道建立之后,被一对用户使用,往往有许多空闲时
　　间被浪费掉.人们自然会希望让多对用户共用一条链路，为解决这一问题就出现了逻辑信道技术
　　和虚拟电路技术.
　　　　 ⑴网络层主要功能
　　　　 网络层为建立网络连接和为上层提供服务,应具备以下主要功能.
　　　　　 ① 路由选择和中继.
　　　　　 ② 激活,终止网络连接.
　　　　　 ③ 在一条数据链路上复用多条网络连接,多采取分时复用技术.
　　　　　 ④ 差错检测与恢复.
　　　　　 ⑤ 排序,流量控制.
　　　　　 ⑥ 服务选择.
　　　　　 ⑦ 网络管理.
　　　　 ⑵网络层标准简介
　　　 　网络层的一些主要标准如下.
　　　　　ISO.DIS8208:称为"DTE用的X.25分组级协议".
　　　　　ISO.DIS8348:称为"CO 网络服务定义"(面向连接).
　　　　　ISO.DIS8349:称为"CL 网络服务定义"(面向无连接).
　　　　　ISO.DIS8473:称为"CL 网络协议".
　　　　　ISO.DIS8348:称为"网络层寻址".
　　　　除上述标准外,还有许多标准。这些标准都只是解决网络层的部分功能,所以往往需要在网络
　　层中同时使用几个标准才能完成整个网络层的功能.由于面对的网络不同,网络层将会采用不同的
　　标准组合.
　　　　在具有开放特性的网络中的数据终端设备,都要配置网络层的功能.现在市场上销售的网络硬
　　设备主要有网关和路由器.
　　[传输层]:
　　　 传输层是两台计算机经过网络进行数据通信时,第一个端到端的层次，具有缓冲作用。当网络层服务质量不能满足要求时，它将服务加以提高，以满足高层的要求；当网络层服务质量较好时，它只用很少的工作。传输层还可进行复用，即在一个网络连接上创建多个逻辑连接。
　　　　传输层也称为运输层.传输层只存在于端开放系统中,是介于低3层通信子网系统和高3层之间的一层,但是很重要的一层.因为它是源端到目的端对数据传送进行控制从低到高的最后一层.
　　　　有一个既存事实，即世界上各种通信子网在性能上存在着很大差异.例如电话交换网,分组交换网,公用数据交换网，局域网等通信子网都可互连,但它们提供的吞吐量,传输速率,数据延迟通信费用各不相同.对于会话层来说,却要求有一性能恒定的界面.传输层就承担了这一功能.它采用分流/合流，复用/介复用技术来调节上述通信子网的差异,使会话层感受不到.此外传输层还要具备差错恢复，流量控制等功能,以此对会话层屏蔽通信子网在这些方面的细节与差异.传输层面对的数据对象已不是网络地址和主机地址,而是和会话层的界面端口.
　　　　上述功能的最终目的是为会话提供可靠的,无误的数据传输.传输层的服务一般要经历传输连接建立阶段,数据传送阶段,传输连接释放阶段3个阶段才算完成一个完整的服务过程.而在数据传送阶段又分为一般数据传送和加速数据传送两种。传输层服务分成5种类型.基本可以满足对传送质量,传送速度,传送费用的各种不同需要.
　　　　 传输层的协议标准有以下几种.
　　　　 ISO8072:称为"面向连接的传输服务定义".
　　　　 ISO8072:称为"面向连接

的传输协议规范
　　[会话层]:
　　会话层提供的服务可使应用建立和维持会话，并能使会话获得同步。会话层使用校验点可使通信会话在通信失效时从校验点继续恢复通信。这种能力对于传送大的文件极为重要。
　　　　会话层,表示层,应用层构成开放系统的高3层，面对应用进程提供分布处理，对话管理,信息表示,恢复最后的差错等.　会话层同样要担负应用进程服务要求，而运输层不能完成的那部分工作,给运输层功能差距以弥补.主要的功能是对话管理，数据流同步和重新同步。要完成这些功能,需要由大量的服务单元功能组合,已经制定的功能单元已有几十种.现将会话层主要功能介绍如下.
　　　　 ⑴为会话实体间建立连接
　　　　 为给两个对等会话服务用户建立一个会话连接,应该做如下几项工作.
　　　　　　 ① 将会话地址映射为运输地址.
　　　　　　 ② 选择需要的运输服务质量参数(QOS).
　　　　　　 ③ 对会话参数进行协商.
　　　　　　 ④ 识别各个会话连接.
　　　　　　 ⑤ 传送有限的透明用户数据.
　　　　 ⑵数据传输阶段
　　　　 这个阶段是在两个会话用户之间实现有组织的,同步的数据传输.用户数据单元为SSDU,而协议数据单元为SPDU.会话用户之间的数据传送过程是将SSDU转变成SPDU进行的.
　　　　 ⑶连接释放
　　　　 连接释放是通过"有序释放","废弃"，"有限量透明用户数据传送"等功能单元来释放会话连接的.
　　　　会话层标准为了使会话连接建立阶段能进行功能协商，也为了便于其它国际标准参考和引用,定义了12种功能单元.各个系统可根据自身情况和需要，以核心功能服务单元为基础,选配其他功能单元组成合理的会话服务子集.
　　　　 会话层的主要标准有"DIS8236:会话服务定义"和"DIS8237:会话协议规范".
　　[表示层]:
　　
　　　 表示层的作用之一是为异种机通信提供一种公共语言，以便能进行互操作。这种类型的服务之所以需要，是因为不同的计算机体系结构使用的数据表示法不同。例如，IBM主机使用EBCDIC编码，而大部分PC机使用的是ASCII码。在这种情况下，便需要会话层来完成这种转换。
　　　　通过前面的介绍,我们可以看出,会话层以下5层完成了端到端的数据传送,并且是可靠,无差错的传送.但是数据传送只是手段而不是目的,最终是要实现对数据的使用.由于各种系统对数据的定义并不完全相同,最易明白的例子是键盘,其上的某些键的含义在许多系统中都有差异.这自然给利用其它系统的数据造成了障碍.表示层和应用层就担负了消除这种障碍的任务.
　　　　对于用户数据来说,可以从两个侧面来分析,一个是数据含义被称为语义,另一个是数据的表示形式,称做语法.像文字,图形,声音,文种,压缩,加密等都属于语法范畴.表示层设计了3类15种功能单位,其中上下文管理功能单位就是沟通用户间的数据编码规则,以便双方有一致的数据形式,能够互相认识.
　　　　ISO表示层为服务,协议,文本通信符制定了DP8822,DP8823,DIS6937/2等一系列标准.　
　　
　　[应用层]:
　　
　　　　应用层向应用程序提供服务，这些服务按其向应用程序提供的特性分成组，并称为服务元素。
　　有些可为多种应用程序共同使用，有些则为较少的一类应用程序使用。
　　　　应用层是开放系统的最高层,是直接为应用进程提供服务的。其作用是在实现多个系统应用进
　　程相互通信的同时,完成一系列业务处理所需的服务.其服务元素分为两类:公共应用服务元素CASE
　　和特定应用服务元素SASE.
　　　　CASE提供最基本的服务,它成为应用层中任何用户和任何服务元素的用户，主要为应用进程通
　　信,分布系统实现提供基本的控制机制.
　　　　特定服务SASE则要满足一些特定服务,如文卷传送,访问管理,作业传送,银行事务,订单输入等.
　　这些将涉及到虚拟终端,作业传送与操作,文卷传送及访问管理,远程数据库访问,图形核心系统,开
　　放系统互连管理等等.
　　　　应用层的标准有DP8649"公共应用服务元素",DP8650"公共应用服务元素用协议",文件传送,访
　　问和管理服务及协议.
　　3.Ethernet的体系结构
　　
　　　　根据对OSI参考模型的介绍，LAN(包括 Ethernet,令牌环等)已将数据链路层分割为两个子层，
　　从而使LAN体系结构能适应多种传输媒体，换言之，在 LLC不变的条件下，只需改变MAC(媒体访问
　　控制)便可适应不同的媒体和访问方法。
　　　　从上面介绍的OSI参考模型各层功能看，在LAN情况下，由于必须有收发功能,而且还有与传输
　　媒体相连的问题，所以物理层、数据链路层是必不可少的.但对于第3层(网络层)是否在LAN情况下
　　也需要，答案有肯定的一方面，也有否定的一方面。从第3层的功能来看，答案是否定的，因为在
　　LAN情况下不存在路由选择功能，只需在链路层传送到对方即可。网络层的其它功能，如寻址、排
　　序、流量控制和差错控制均可由数据链路层承担。如果从所连接的设备来看,答案又是肯定的，因
　　为工作站本身是与媒体直接相连的多个工作站中的一个，这样一种功能刚好是3层的任务。虽然作
　　为一种计算机网络应能提供第1层到第3层的功能，但LAN的特性却允许在OSI的最低两层实现1-3层
　　的服务。
　　　　按照上述分析，LAN的体系结构与OSI参考模型的关系见图2所示。除数据链路层分割为两个子
　　层外，物理层确定了两个接口：
　　　　.媒体相关接口(MDI),该接口随媒体而改变，但不影响LLC和MAC的工作。
　　　　.连接单元接口(AUI)，也就是在粗缆Ethernet情况下的收发器电缆.这种接口在标准中定为选
　　　　　项，因为在细缆和10Base-T情况下，AUI已不复存在。